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尾焰红外辐射的数值仿真计算

曹毅刚  
【摘要】:尾焰红外辐射的数值计算是研究高速飞行目标红外辐射特性的主要手段,针对目标的红外探测和跟踪具有极高的研究意义。相比于外场测试而言,数值计算在节约成本和提升效率方面都具有很大的优势,而对于一般的工程计算,往往由于在建模计算过程中存在较多的近似,难以对目标的辐射特性作出较为准确描述,基于此,本文开展了针对目标尾焰辐射高置信度建模计算的研究。精确地描述目标尾焰的辐射特性一般需要获取尾焰的两大参数,一是计算尾焰辐射的流场参数,二是计算其辐射传输的辐射参数。针对流场参数本文利用了计算机流体力学软件仿真的方式获取了某型导弹的具体数据,辐射参数则通过调用HITRAN数据库中的光谱谱线参数使用逐线积分法计算得到,这两种获取方式都是现阶段精度较高的方法,从而保证了源数据的精度。另外,在数据处理方面,由于大量繁杂的流场数据在实际参与计算时很不方便,本文采用了三维数据处理的方法,将整个流场数据和目标模型置入三维场景中,利用所见即所得的理念,提取视线方向的流场数据,提高了数据提取的精度和整体计算的效率,相比于一般方法处理更灵活、更具扩展性,此外还可以基于此解决尾焰在复杂模型遮挡情况下的投影面积确定问题。经过对辐射计算数据的详细处理后,本文利用了C-G谱带模型法求解辐射传输方程,得到了沿任意观察方向上的辐射分布,其中在具体计算时是将某一方向上的辐射计算等效为对若干条平行视线计算,利用分块求和的思想,考虑了不同局部区域对整体的影响,增加了计算精细度。本文从基本理论开始,给出了尾焰辐射数值计算的基本流程,详细分析了计算过程中影响精度的因素,并给出了许多计算过程中解决问题的有效方案,从根本上提高了目标尾焰辐射特性的计算精度,为建立高置信度的目标辐射特性计算模型提供了一定的参考价值,同时,对红外探测和红外追踪等军事应用的研究有一定的启示作用。


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